[论文解读] New insights to the photometric structure of Blue Compact Dwarf Galaxies from deep Near-Infrared studies I. Observations, surface photometry and decomposition of surface brightness profiles

K. G. Noeske, P. Papaderos+2 more|GoeScholar The Publication Server of the Georg-August-Universität Göttingen (Georg-August-Universität Göttingen)|Jul 30, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 103被引用 62

一句话总结

本研究通过深度近红外（NIR）成像对蓝致密矮星系（BCD）进行了观测，揭示了在光学数据中因强烈的星暴发射而被掩盖的扩展低表面亮度（LSB）宿主成分。利用表面光度测量和轮廓分解技术，研究在超过一半的样本中识别出V型表面亮度轮廓——其特征为在中心区域出现亮度下降——表明其原始恒星种群具有显著的结构复杂性，对矮星系的光度衰减和演化模型具有重要意义。

ABSTRACT

(shortened) We analyze deep Near Infrared (NIR) broad band images for a sample of Blue Compact Dwarf Galaxies (BCDs), allowing for the quantitative study of their extended stellar low-surface brightness (LSB) host galaxies. NIR surface brightness profiles (SBPs) of the LSB hosts agree at large galactocentric radii with those from optical studies. At small to intermediate radii, however, the NIR data reveal for more than half of our sample a significant flattening of the exponential SBP of the LSB host. Such SBPs ("type V" SBPs, Binggeli & Cameron 1991) have rarely been detected in LSB hosts of BCDs at optical wavelengths, where the relative flux contribution of the starburst is stronger than in the NIR and can hide such central intensity depressions of the LSB host. The structural properties, frequency and physical origin of type V LSB SBPs in BCDs and other dwarf galaxies have not yet been systematically studied. Nevertheless, their occurrence in a significant fraction of BCDs would impose important new constraints to the radial distribution of their stellar mass, and to the photometric fading of BCDs after the termination of star-forming activity. Both a modified exponential (Papaderos et al. 1996a) and the Sersic law give satisfactory empirical descriptions for type V SBPs. However, we argue that the practical applicability of Sersic fits to LSB SBPs of BCDs is limited by, e.g., the extreme sensitivity of the solutions to small SBP uncertainties. Most stellar LSB host galaxies in the sample show optical-NIR colors indicative of evolved stellar populations with subsolar metallicity. Unsharp-masked NIR images and optical-NIR maps reveal numerous morphological details, and cases of non-uniform dust absorption on spatial scales up to ~1 kpc.

研究动机与目标

• 利用深度近红外（NIR）成像研究蓝致密矮星系（BCD）的光度结构，以解析其隐藏的低表面亮度（LSB）恒星成分。
• 克服光学研究的局限性，即强烈的星暴发射掩盖了LSB宿主，特别是在内半径1–3个指数尺度长度范围内。
• 系统分析BCD星系LSB成分中V型表面亮度轮廓（平坦化指数轮廓）的频率、结构特性及其物理成因。
• 检验经验拟合函数——改进的指数函数与Sérsic定律——在建模BCD宿主星系复杂表面亮度轮廓时的适用性。
• 推导LSB宿主的光学-NIR色指数，以推断其恒星种群的金属丰度与演化状态，并探测千秒差距尺度上的尘埃吸收模式。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台NTT望远镜和卡拉阿托3.6米望远镜获取了BCD样本的深度宽波段NIR图像（J、H、K波段）。
• 对NIR数据进行表面光度测量，以在大星系径向距离范围内推导LSB宿主星系的表面亮度轮廓（SBPs）。
• 应用轮廓分解技术分离星暴与LSB成分，识别出与纯指数轮廓的偏离。
• 根据Binggeli & Cameron（1991）的分类标准对SBPs进行分类，重点关注V型轮廓（在小半径处平坦化），其指示中心亮度下降。
• 使用两种模型拟合LSB轮廓：改进的指数函数（Papaderos et al. 1996a）与Sérsic定律，评估拟合优度及对天空背景扣除误差的敏感性。
• 结合NIR与光学数据生成未锐化掩模图像，揭示形态特征及千秒差距量级上的非均匀尘埃吸收。

实验结果

研究问题

• RQ1 在近红外波段观测BCD星系时，其低表面亮度（LSB）宿主星系的结构形态如何？该波段中尘埃消光与电离气体发射减少，可更清晰揭示其结构。
• RQ2 BCD星系LSB成分中V型表面亮度轮廓（在原本指数轮廓中出现中心亮度下降）的出现频率如何？其对径向质量分布与光度衰减有何影响？
• RQ3 BCD星系的观测NIR表面亮度轮廓与光学波段推导的轮廓有何差异？这对其星暴与演化恒星种群的相对贡献有何启示？
• RQ4 在观测不确定性下，哪种经验拟合函数——改进的指数函数或Sérsic定律——能更稳健、可靠地拟合BCD星系中LSB轮廓的复杂性？
• RQ5 LSB宿主星系的光学-NIR色指数揭示了其恒星种群的金属丰度与演化状态的哪些信息？是否存在千秒差距尺度上非均匀尘埃吸收的证据？

主要发现

• 深度NIR成像在所有样本BCD星系中均揭示了扩展的低表面亮度（LSB）宿主星系，其在大半径处的表面亮度轮廓（SBPs）与指数衰减一致，且尺度长度与光学研究结果相符。
• 超过一半的样本BCD星系表现出V型表面亮度轮廓——其特征为在内半径1–3个指数尺度长度内出现平坦化或中心亮度下降——表明其原始恒星种群中存在此前未被察觉的结构复杂性。
• 由于强烈的星暴发射在光学研究中掩盖了LSB宿主，V型轮廓在光学中极为罕见；但在NIR波段中，由于尘埃消光减少与电离气体污染降低，该特征变得可探测。
• 改进的指数函数（Papaderos et al. 1996a）能对V型轮廓提供令人满意的拟合，且比Sérsic定律更稳健，后者对天空背景扣除与SBP推导的不确定性表现出极端敏感性。
• 样本中大多数LSB宿主星系的光学-NIR色指数与金属丰度低于太阳的演化恒星种群一致，但Tol 65与Tol 1214-277表现出蓝色色指数（B–J < 1.3 mag），表明其恒星种群相对年轻或金属丰度较低。
• 未锐化掩模的NIR图像揭示了形态特征，如致密恒星集团的相干团块及千秒差距量级上的非均匀尘埃吸收，暗示了复杂的恒星形成历史与尘埃分布模式。